[發(fā)明專利]一種高爐風口小套梯度涂層設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011507933.1
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112597606B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發(fā)明（設計）人: 張玉文;李方博;呂金金;陳治宇;章超;魯雄剛
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23
• 代理公司: 上海劍秋知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31382
• 代理人: 應風曄

1.一種高爐風口小套梯度涂層的設計方法，其特征在于，包括步驟：

(1)建模：利用幾何建模工具構(gòu)建與實際風口小套尺寸相同的幾何模型；

(2)建立計算域：所述風口小套的本體建立第一計算域；所述風口小套的內(nèi)部空腔抽取流體模型建立第二計算域；梯度涂層部分建立第三計算域；

(3)設置材料屬性：設置所述第一計算域中的風口小套材質(zhì)為紫銅；設置所述第二計算域中的流體為冷卻水；根據(jù)設計方案對所述第三計算域中的所述梯度涂層的材料屬性進行設置；

(4)設置計算域物理場：將所述第二計算域的流場邊界層設置為所述的風口小套的內(nèi)壁面；溫度場被設置為包括所述第三計算域與高爐內(nèi)部熱傳遞，以及所述第一計算域與所述第二計算域的熱傳遞、所述第一計算域和第三計算域與周圍空氣的熱傳遞和所述冷卻水的溫度場；應力場包括所述風口小套的本體和所述梯度涂層本身與高爐壁面固定和因溫度不同所產(chǎn)生應力場，不同梯度涂層因為材料屬性的不同引起熱膨脹的差異所產(chǎn)生的應力場；

(5)網(wǎng)格劃分：利用有限元分析軟件內(nèi)置的網(wǎng)格剖分模塊進行網(wǎng)格劃分，確保網(wǎng)格的平滑過渡，且使不同計算域之間節(jié)點一致；

(6)對流場與溫度場進行求解：對所述第二計算域采用k-ω湍流模型，設置進水口的溫度和流量，設置所述第一計算域和第三計算域的各個壁面的邊界條件，使用穩(wěn)態(tài)求解方式直至收斂；

(7)對應力場進行求解：結(jié)合溫度場的求解結(jié)果，設置應力場邊界條件，采用穩(wěn)態(tài)求解器直至收斂；

(8)驗證：根據(jù)所述第一計算域和所述第三計算域的應力計算結(jié)果，繪制不同界面的應力分布圖和最大應力周圍分布圖，對所述的梯度涂層的設計有效性進行分析驗證；

(9)設計：通過對所述的梯度涂層設計不同材料性質(zhì)和每層不同的厚度，重復步驟(3)-(8)驗證其有效性，從而得到所需的所述梯度涂層的設計方案；

其中，在步驟(3)中，將所述第三計算域設為不同稀釋率下的Ni60自溶性合金粉末，從內(nèi)到外依次銅質(zhì)量占比為90％、50％、5％。

2.如權(quán)利要求1所述的高爐風口小套梯度涂層設計方法，其中，所述步驟(3)中，所述第二計算域為從冷卻水入口到出口貫流式螺旋通道。

3.如權(quán)利要求2所述的高爐風口小套梯度涂層設計方法，其中，步驟(5)中，網(wǎng)格劃分形式為自由四面體網(wǎng)格。